DE2129426A1

DE2129426A1 - Werkzeugstahl,insbesondere Werkzeugstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt

Info

Publication number: DE2129426A1
Application number: DE19712129426
Authority: DE
Inventors: Jack Blackburn; Rance Vera Ethel; Brindley John Fabian; Kenniford Arthure Spencer
Original assignee: Apvparamount Ltd; APV Paramount Ltd
Current assignee: Apvparamount Ltd; APV Paramount Ltd
Priority date: 1970-06-16
Filing date: 1971-06-14
Publication date: 1972-01-13
Also published as: CA959236A; FR2097932A5; GB1364235A

Description

Dipl.-Ing.

Rudolf Busselmeier ^p Juni 1971

Patentanwälte Priorität: 16.Juni 1970

Augsburg 31 · Rehlingenstraße 8 . ,

Postfach 242 Großbritannien

PojtsAedckonto: München Nr. 7453» Pat Anm

Ro."29262/70

5758/02
Bu/KB

Patentanmeldung.

ss ss s ss s: — s ^ ss — — zs ξξ si ss

A.P.V. Paramount Limited, Manor Royal, Crawley, Sussex, England.

Werkzeugstahl, insbesondere Werkzeugstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für das Herstellen von Werkzeugstählen oder -legierungen, und sie ist im besonderen, jedoch nicht ausschließlich, auf die Herstellung von Hochgeschwindigkeits-Werkzeugstählen und hochgekohlten V/erkzeugstählen und -legierungen anwendbar (also z.B. für Stähle oder Hartmetalle, bzw, -legierungen, die als Material für Werkzeuge geeignet sind, hohe Schnittgeschwindigkeiten erlauben und einen hohen Kohlenstoffgehalt besitzen).

Der Ausdruck "Hochgeschwindigkeits-Werkzeugstähle" wird in dem Sinne gebraucht, daß damit Stähle definiert sind, welche wesentliche Mengen von Kohle und stark karbidbildende(n) Elemente(n) enthalten. Diese Elemente umfassen beispielsweise Wolfram (Tungsten), Chrom und

Vanadium, welche harte und abriebsfeste (abnutaungs- !09883/1123 ₂_

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feste) Karbide hervorbringen, welche ihre Härte auch dann beibehalten, wenn die Temperatur etwa infolge der bei und während Dreharbeiten (Zerspanungs-Bearbeitung) oder durch reibende oder schmirgelnde Wirkung entstehenden Wärme wächst. Solche Stähle können beispielsweise benutzt werden für die Herstellung von Schneidwerkzeugen, von Spiralbohrern, von Räumwerkzeugen (Räumnadeln, Reibahlen, Räumbohrern, Löffelräumern, Kratzern usw.), ferner von Schleifwerkzeugen, Mahlwerkzeugen, Fräswerkzeugen, Hobelwerkzeugen, Sägen, Schabewerkzeugen und dgl. - also für Werkzeuge, welche spanabhebend bzw. materialabtragend wirken -, und auch für Lager und andere abnutzungsarme oder abnutzungsfeste Gegenstände, Maschinenteile

Hochgekohlte Stähle werden auch für die Herstellung von solchen Artikeln wie beispielsweise Rasierklingen und Schneidwaren (Messer,Scheren usw.) benutzt.

Hochgekohlte Werkzeugstähle enthalten ui 0,i Kohlenstoff zusammen mit bedeutenden Prozentzahlen von Wolfram, Kobalt, Chrom, Vanadium, Molybdän handelsübliche Hochgeschwindigkeits-YJerkzeugstähle enthalten einige oder alle dieser genannten Elemente.

Verbesserungen kann man bei der Produktion von Werkzeugstählen und -legierungen, welche als notwendigen .Bestandteil Kohlenstoff enthalten, durch günstiges Modifizieren der Form der Verteilung von Karbidphasen 109883/1123 -Blatt-3-

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in dem gußähnlichen oder gußartigen ("as-cast'V gegossenen) Zustand erhalten, so daß bei darauffolgendem Wärmebehandeln und/oder mechanischem Bearbeiten ein Werkzeugmaterial von überlegener Qualität hervorgebracht wird.

Die Leistung von Hochgeschwindigkeitsstählen hängt sehr weit von der Form, der Größe und der Verteilung der vorhandenen Karbide ab. Karbide der obengenannten Elemente werden gebildet, wenn der Stahl in der Gießform er starrt (z.B. Zustand ^!'as-cast^:!).

Man hat gefunden, daß sowohl die Form wie auch die Verteilung der genannten Karbidphasen durch das Maaß der Geschwindigkeit der Abkühlung und der Aus- oder Absonderung (des Ausfällens) während des Erstarrens und unmittelbar danach erheblich beeinflußt werden. Hohe Abkühlungsgeschwindigkeiten mit minimaler Ausfällung oder Absonderung bringen feinere Karbidphasen hervor, welche anschließend während der Wärmebehandlung und/oder während der mechanischen Bearbeitung rascher in Lösung gehen - was die Herstellungsschwierigkeiten minimalisiert.

Die Größe ("Korngröße") der individuellen Karbidniederschläge oder -ausfällungen und deren Verteilung über die Schnittfläche des Barrens hängt auch von der Größe der Querschnittsfläche des Barrens ab. Je größer der Barrenquerschnitt ist und je geringer deshalb die

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Abkühlungsgeschwindigkeit des Metalls oder der Legierung ist, umso größer werden die Karbidpartikel in der Mitte der Schnittfläche, und umso größer ist die Ungleichheit zwischen der Karbidgröße ("Korngröße") in der Mitte und der Karbidgröße in anderen Teilen des Querschnitts. Bei großen Barrenquerschnittsflachen können indessen die Karbide bezüglich ihrer Größe oder ihrer Verteilung durch Wärmebehandlung allein

bzv/. nicht luieiit
nicht rasch/geändert werden; eine Kombination von mechanischer Bearbeitung und von V/armebehandlung ist erforderlich, um die Karbide (Partikel) in ausreichender Weise zu zerbrechen (zu zerkleinern). Sehr ausgedehnte Hammer-, Preß- oder Walzbehandlung ist erforderlich, um die Karbidstruktur in zufriedenstellender V/eise zu zerbrechen, und bei Barren mit großen Querschnittsflächen ist sogar dies niemals völlig erfolgreiche In den Tagen des Tiegel- oder Gußstahls, als

ein typischer Barren 2,5 bis 4 Zoll (ca. 16 bis 27 cm bzw. ca. 6,5 x 10cm Querschnitt im Quadrat) hatte, war das Problem des Zerbrechens ("Aufbrechens") der Karbide nicht allzu akut. Heutzutage, wo im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit Hochgeschwindigkeits-Werkzeugstähle

in Barren von 10 Zoll im Quadrat (ca. 65 cm bzw. 26 cm χ 26 cm Querschnitt) und größer hergestellt werden, ist infolgedessen vermehrte und verstärkte mechanische Bearbeitung notwendig.

Bislang hat also ein größeres Problem bei der Herstellung von Werkzeugstählen in dem Vermeiden von

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groben (grobkörnigen) Karbiden bestanden, die sogenannte "stringer" (Faserbildung)bei nachfolgender mechanischer Bearbeitung zur Folge hatten, was bei dem End-WGrkzougprodukt (bei dem aus solchem Stahl hergestellten Werkzeug) eine Quelle von mechanischen Schwächen ist.

Bis heute haben die normalen Mittel für die Herstellung von Werkzeugstählen in den folgenden Operationen bestanden:

1) Gießen in Barren-Gießformen (Kokillen oder dgl.)] mit Querschnitten bis zu und über 10 Zoll (ca. 26 cm Durchmesser bzw. 26 χ 26 cm Querschnitt) im Durchmesser,

e,

2) nachfolgende Wärmebiiandlung und mechanische

Behandlung bei Wärme (in warmem Zustand), 5) anschließendes Tempern bzw. Härten bzw. Vergüten,

wobei mit Bezug auf 1) gilt: Je größer der Original-Barren ist, umso billiger wird das Endprodukt, aber

auch umso grober werden die Karbidphasen mit nachfolgenden "Krankheits-Effekten" (Fehlern, Fehlerzonen, Fehlerstellen).

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren für das Erzeugen eines Werkzeugstahls oder -legierung (Schneidmetalls usw.) das Gießen des Originalmaterials in einem Zentrifugal-Gießprozeß (Rotier- oder Schleuderguß) zum Erzeugen eines röhren-

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förmigen (hohlen) Gußstücks, welches ein relativ großes (größeres) Verhältnis von Oberflächongröße zu Volumen hat im Vergleich mit einem massiven Produkt von gleichen Außen-Abmessungen, wobei das Gußstück eine relativ verfeinerte Karbidphasen-Verteilung besitzt, verglichen mit derjenigen eines konventionell hergestellten Barrens· Wenn ein solcher Stahl der Wärmebehandlung und/oder der mechanischen Bearbeitung unterworfen wird, dann wird ein Produkt von überlegener Qualität im Hinblick beispielsweise auf Abnutzung und/oder Abrieb oder Abschleifen oder dgl. und/oder Schlag- bzw. Stoßwiderstand und/oder Härte und/oder Ermüdungsbruchstärke und/oder werkzeug-Standzeit erzeugt, also mit höheren Festigkeiten.

Bei bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren umschließt der Prozeß des zentrifugalen Gießens ein Drehen ("spinning") des Materials um eine vertikale, eine geneigte oder eine horizontale Achse in einer Gießform aus Metall", aus feuerfestem Material (feuerfestem Stein oder Auskleidung) oder aus Graphit.

Das erzeugte, erstarrte, aber noch warme (heiße) rohrförmige Gußstück kann einem Zyklus einer verzögerten Abkühlung unterworfen werden, der ein Eintauchen oder Einsetzen des röhrenförmigen Gußstücks in isolierte Umhüllungen, z.B. in Blattglimmer oder in ähnliches Material von geringer Wärmeleitfähigkeit umfassen kann. Dieses verzögerte Kühlen reduziert das Härten'des Gußstüoks und macht hierdurch, das gegossene Produkt 109883/1123 -Blatt 7-

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zugänglicher (besser geeignet) für das darauffolgende Schneiden und Bearbeiten.

Die Technik des Zentrifugalgießens ermöglicht tatsächlich das Herstellen eines Barrens mit einem Gewicht von einer Tonne, bei dem der Wandquerschnitt (Wandßtärke) nicht mehr als zwei oder drei Zoll (ca. 2,5 bis 8 cm) ist. Die Abkühlgeschwindigkeit eines solchen Rohres sichert, daß die Größe und die Verteilung der Primärkarbide den Stahl dazu geeignet machen, mit einem Minimum von mechanischer Arbeit weiterbearbeitet (auch: weiterverarbeitet) zu werden.

Die Technik des Schleuder- oder Zentrifugalgießens mit einer Metallgießform auf einer horizontalen Achse wird bevorzugt angewandte

Das Gußstück kann einer Wärmebehandlung und/oder mechanischen Bearbeitung, wie beispielsweise Warmschmieden, Walzen, Extrudieren unterv/orfen werden, oder es mag wärmebehandelt und wärme-mechanisch behandelt werden, beispielsweise mittels der Technik, die als "ausforming" (z.B. Zwischenstufen-Behandlung) bekannt ist, welche beispielsv/eise sogenanntes "ausrolling" (z.B. ein Zwischenstuf en-Walzen), "ausextrusion" (z.B. Zwischenstufen-Extrudieren) oder "ausdrawing" (z.B. Zwischenstufen-Ziehen)umfaßt.

Der thermo-mechanische Formungsvorgang ("ausforming") enthält das plastische Verformen von metastabilem Austenitjbei legierten Stählen bei einer 10 9 8 8 3/1123 -Blatt 8-BAD ORIGINAL¹

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kritischen Temperatur in der Austenit-Einbuchtuns (bzw. Knick des Fe-C-Diagramms) unterhalb des perlitbildenden Bereichs und oberhalb des bainitbildenden (Bainit-Zwischenstufengefüge) Bereichs im "Tima-Temperature-Transformation"-Diagramm (Zeit-Temperatur-Umformungs-Diagramm, Fe-O-Diagramm), gefolgt von Abschrecken zur Bildung von Martensit.

Normalerweise können durch diesen Prozeß die

Fließ- und letzten Streckgrenzen um 0,3 bis 0,5 Tonnen • entspricht ca.0,5-0,8 kg/mm*' —

pro Quadratzoll/ (tonf/in =* "ton forces per square inch",

ca. 1016 kg/6,4· cm ) für jedes Prozent Verformung erhöht werden. Wenn indessen der Kohlenstoffgehalt über der 0,1%-Grenze liegt, dann ist der Festigkeitszuwachs unabhängig vom Kohlenstoffgehalt und von der Austenitisierungs-Temperatur, vorausgesetzt, daß diese die Karbid-Lösungstemperatur überschreitet.

Die Verformüngszeit ist nicht als ein kritischer (gefährlicher) Wert ermittelt worden, wenn das Material * angemessene Härtbarkeit besitzt.

Wenn gewünscht, kann das Gußstück vor der V/armebehandlung und/oder mechanischen Behandlung in eine geformte Komponente oder in geformte Komponenten (also in Formstücke) geformt werden, beispielsweise in Knüppel, und eine kontinuierliche Formungs- oder Verformungstechnik kann nach dem Zentrifugal-Gießprozeß bei der Behandlung des Gußstücks oder der Knüppel angewandt werden.

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-Blatt 9-

BAD ORIGINAL^

O	- 2,096
O	- 4,096
O	- 2596
O	- 1596
O	- 1096
O	- 1596
O	- 1596
als	Rest.

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Dae Verfahren hat eich ale besondere geeignet für Anwendung bei hochgekohlten Hochgeschwindigkeits-Werk-r zeugstählen erwiesen, deren chemische Zusammensetzung (Legierung), gewichtsmäßig angegeben, wie folgt ist:

Kohlenstoff 0,4 - Silizium (Silicon)

Mangan

Wolfram

Molybdän

Vanadium

Kobalt

Chrom

Eisen und Verunreinigungen

Hierbei enthält der Werkzeugstahl zusätzlich zu Kohlenstoff mindestens drei der obengenannten Elemente, wobei eines davon Wolfram, Molybdän, Vanadium oder Chrom ist.

Bevorzugte Legierungen mit diesem Stahl sind als Beispiele im folgenden angegeben:

a) 0,896 Kohlenstoff, 4,096 Chrom, 4,O?6 Molybdän 1,096 Vanadium, Rest Eisen und Verunreinigungen.

b) 0,896 Kohlenstoff, 4,096 Chrom, 5,096 Molybdän, 2,096 Vanadium, 6,O?6 Wolfram, Rest Eisen und Verunreinigungen.

c) 0,896 Kohlenstoff, l8,O96 Wolfram, 4,096 Chrom, 10,096 Vanadium, Rest Eisen und Verunreinigungen.

d) 2,3596 Kohlenstoff, 12,096 Chrom, 4,0% Vanadium, 1,096 Molybdän, Rest Eisen und Verunreinigungen.

β) 0,7596 Kohlenstoff, 4,596 Chrom, 19,096 Wolfram, 10,096 Kobalt, 1,2596 Vanadium, 0,7596 Molybdän, Rest Eisen und Verunreinigungen.

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Al

Die Erfindung umfaßt auch nach dem bzw. den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Werkzeugstähle oder -legierungen.

-Blatt 10-

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Die Erfindung kann auf verschiedene Arten durchgeführt v/erden· Ein Beispiel des Verfahrens wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in welcher

Pig. 1 eine schematische Seitenansicht einer

rotierenden Gießform, wie in dem Verfahren benutzt,
Fig. 2 eine End- oder Frontansicht der Gießform

gemäß Fig. 1 und

Fig. 5 bis 8 Darstellungen von Mikrofotografien

zeigen, welche die Strukturen von verschiedenen Stählen darstellen, . · welche dann im folgenden Text näher erläutert sind.

In Fig. 1 ist eine rohrförmige Gießform für das Herstellen von Werkzeugstahlen gemäß der Erfindung gezeigt, mit Laufwegen (ringartigen Rollbahnen) 11, die so angeordnet sind, daß sie auf in sie eingreifende Antriebsrollen oder -scheiben 12 aufsetzbar passen, welche 12 durch eine Antriebseinheit 1A- angetrieben werden, die also eine Drehung um eine horizontale Achse auf die rohrförmige Gießform 10 überträgt. An jedem Ende der rohrförmigen Gießform ist eine Endplatteneinheit 15 angeordnet, sie wird in ihrer Lage gehalten von einer Anzahl von Rückhaltestiften 16, die rund um den Umfang der rohrförmigen Gießform 10 in oder an dieser angeordnet sind.

Wenn der Werkzeugstahl mit Hilfe beispielsweise

eines Gießtr9c%ISrVo'de3? liner Gießpfanne 17, der bzw.

_ -Blatt 11-ORfGINAL INSPECTED

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die benachbart der Bndplatteneinheit 15 angeordnet ist, in die zylindrische Gießform 10 gegossen wird, dann fließt er innen längs der rohrförmigen Gießform 10 und verteilt sich dann auch entsprechend der Einwirkung der Zentrifugalkraft über die Inrienwandflache der Gießform. Das Metall erstarrt im weiteren Verlaufe innerhalb der Gießform als zylindrische oder rohrartige Schale, die mit 18 bezeichnet ist, wobei die Dicke (Wandstärke) dieser Schale bei einer Gießform von gegebener Größe von dem Gewicht des eingegossenen Metalls abhängt. Eine feuerfeste Auskleidung in der Gießform 10 ist mit 19 bezeichnet, und die Drehrichtung ist durch den Pfeil 20 angegeben.

Bei dem soeben beschriebenen Beispiel des Verfahrens wird die erstarrte rohrartige Schale 18 nach Entfernen aus der Gießform relativ langsam von unterhalb der primären karbidbildenden Temperatur in einem isolierten Behälter (wärmeisolierten Behälter) gekühlt, dies zwecks Minimalisierens der normalen Härtung, welche sonst Platz greifen würde. Dies wird zum Erleichtern des nachfolgenden Schneidens oder Abstechens der rohrartigen Schale vorgenommen.

Es ist wesentlich zu sagen, daß diese verzögerte Kühlung im erstarrten Zustande in keiner V/eise zu der Form oder der Verteilung der vorhandenen Primär-Karbidphasen beiträgt, was die Basis dieser Erfindung ist, da das Rohr (Gußstück, Schale) nicht in den wärme-

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isolierten bzw. -isolierenden Behälter gebracht wird, bevor während des Bz'starreris alle Karbide gebildet worden sind.

Das senbriftigul gegossene (sehlöudar^o Rohr enthält nach dem vorgenommenen Verbuch mit dein geschilderten Beispiel das Füllende:

Element: Prosentzahlen der Kompo-

	sition nach Gewicht
Kohlenstoff	0,80
Silizium (Silicon)	0,36'
Mangan	0,29
Chrom	A-,09
Molybdän	4,00
Vanadium	0,90
Schwefel	0,014
Phosphor	0,016

Eisen und Verunreinigungen Rest.

Das rohrförmige Gußstück hat die folgenden Abmessungen:

6 Fuß 6 Zoll (ca. 2 m) Länge und 6,625 Zoll (ca. 17f2 cm) Außendurchmesser und 1,75 Zoll (ca. 4,6 cm) Innendurchmesser mit einer Wandstärke von 2,4575 Zoll (ca. 6,3 cm). Das Gewicht der gegossenen Röhre war 700 englische Pfund (ca. 315 kg).

Bs ist hier interessant zu bemerken, daß dieses Rohr das Äquivalent zu einem Barren von 7OQ englischen Pfund (ca. 315 kg Gewicht) darstellt, aber mit einer Querschnittsdicke (Wandstärke) von unter 2,5 Zoll (ca· 6,6 cm).ausgestattet 1st, wänrend ein konventio-

181813/1123 _f -Blatt 13-

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neiler "(massiver) Barren von 700 englischen Pfund (ca. 315 kg-Gewicht) eine Querschnittsdicke in der Größenoi'dnung von 8 Zoll (ca. 22 cm) haben würde.

Das schleudergegosseno Rohr, dessen Herstellung und Geschichte (Entstehung) weiter oben beschrieben ist, wird mit passenden Dimensionen produziert, welche Vergleiche ermöglichen zwischen den bedingungen und/oder üigen-

_sonjarat unboiynifla 1t schäften "as cast" (wie geg"o¥sely), "mechanically worked"

bzw. boh and ο It
(mechanisch bearbeitet¹) und "thermo-mechanicalIy worked"

(thermo-mechanisch bearba it er

Die Vergleiche gemäß dem mit dem genannten Verfahren ausgeführten' Versuch werden nun mit Hilfe der folgenden drei Beispiele beschrieben:

I. Beispiel

Das erste Beispiel bezieht sich auf die Prüfung des zentrifugalgegossenen Rohrs in der "wie gegossen" ("as Qast") Bedingung (Zustand). Transversale Schnitte aus dem zentrifugalgegossenem Rohr zeigen, daß es eine Struktur von gleichaehsigen und säulenförmigen Körnern oder Partikeln mit einer Größe hatj welche kleiner als diejenige ist, die bei einem konventionellen Barren zu erwarten wäre, und welche (Größe) offensichtlich, von des raschen Brstarrungsgeschwindigkeit verursacht ist_o

Die Gleichförmigkeit durch das schleudergegossene Rohr hindurch wird durch den genannten Versuch mittels extensiver Härteprüfungen längs voller Radien bestätigt, wobei sich ergibt, daß die Härte sich von ungefähr 280 bis 500 Hv (Hv » Vickers-Härte) bewegt.

;." 109883/1123 _ Blatt 14- ,. '

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Βα/ΚΒ

Weitere ausgedehnte· Prüfung eines radialen Flächenteils des Rohrs mit Hilfe von Kilo? ο schnitt en· zeigt, daß die Mikrostruktur aus feinverteilten interdendritisehen und körnigen bzw. Korn-Grenzschicht-Karbiden eutektischen Typs in einer feinen gleichförmigen dendritischen Matrix (Mater,Netz) besteht.

Fig. 3 zeigt die Natur und die Form dieser Karbide;

Fig. 3 zeigt einen Teil einer Mikrofotografie mit einer 500-fachen Vergrößerung nach Ausätzen des Mikroprobestücks mit einem geeigneten Ätzmittel. Zum Vergleich zeigt Fig. 4· eine Struktur eines konventionellen Werkzeugstahls eines Barrens; Fig. 4 ist eine 500-fache Vergrößerung einer Mikrofotografie nach Ausätzen der Mikroprobe mit geeignetem Ätzmittel.

Nachfolgendes Wärmebehandeln von Ausschnitten (Proben) aus der gegossenen Röhre zeigen, daß das primäre "wie gegossen" ("as cast", z.B. unmittelbar nach dem Guß) körnige Grenzschicht-Karbidnetz (z.B. das nach dem Gießen vorhandene Karbidnetz) leicht durch Wärmebehandlung bei Temperaturen in der Gegend von 1200⁰G während einer Stunde, gefolgt von Abschrecken in OeI ohne mechanische Bearbeitung, dispergiert (verfeinert, "zerstreut", zerbrochen) werden kann.

Die resultierende Mikrostruktur nach dieser Wärmebehandlung ist in "Fig. 5 in einer 1000-fachen T 09883/1123 -Blatt 15-

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Vergrößerung nach einer Mikrofotografie nach Ätzen des Mikroschnitts in geeignetem Ätzmittel gezeigt.

Man kann sehen, daß die Karbidverteilung so ist, daß sie nicht als schädlich oder nachteilig für nachfolgende mechanische Behandlung oder Bearbeitung anzusehen ist.

Tempern der gehärteten Muster in dem Bereich von 550 bis 600⁰C erzeugt nach dem genannten Versuch eine Härte von 790 Hv (Vickers-Härte) dank der normalen sekundären Härtespitze, resultierend aus dem Niederschlag oder Ausfällen von Vanadium-Karbiden während die- : ser Wärmebehandlung.

II. Beispiel

Das zweite Beispiel bezieht sich.auf die Herstellung und Prüfung von Material aus der gegossenen Röhre in warmgeschmiedetem und gewalztem Zustand.

bzw. 2x2 Zoll -

2-Quadratzoll-Knüppel (^Probestücke) werden längs aus der V/and des zentrifugalgegossenen Rohrs genommen, welches in einem isolierten Behälter, so wie zuvor beschrieben, gekühlt worden ist.

Die Knüppel werden unter Benutzung konventioneller Techniken zu Stäben von 0,625 Zoll (ca. 1,6 cm) Durchmesser warmgeschmiedet und gewalzt. Dieser Durchmesser repräsentiert eine allgemein übliche Größe von . ^"finished bar stocks" (übliche Größe eines Materiallagers).

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Ein Lüngs-Mikroschnitt einos St_abs, v/elcher aus dem gegossenen Rohr warmgewalzt worden ist, zeigt eine gleichmäßigere Verteilung von Legierungs-Karbiden als derjenige, der sich in einem Stab findet, der aus konventionell gegossenen Barren gewalzt worden ist, welche demselben Grad von mechanischer Reduktion (Walzen, Schneiden) unterworfen worden waren.

Fig. 6 zeigt die Karbidverteilung eines aus dem gegossenen Rohr gewalzten Stabs, der bei einer Temperatur von 1150⁰C oelgehärtet ist, wobei ein Te nip er η in der Gegend von 550 bis 600⁰O folgt. Die Darstellung der Fig. 6 ist eine 250-fachftVergrößerung einer Mikrofotografie nach geeignetem Ätzen des Mikroprobestücks.

Zum Vergleich: Konventionell, nämlich aus einem Barren produziertes Materialjin der gleichen Wärmebehandlungsbedingung (-zustand), ist in Figo 7 gezeigt, die eine 250-fache Vergrößerung einer Mikrofotografie nach Ätzen des Mokroprobestüeks in geeignetem Ätzmittel darstellte

III. Beispiel

Das. dritte Beispiel bezieht sich auf die Herstellung und Prüfung von Material aus den gegossenen Rohr im thermo-mechanisch-behandelten Zustand·

(bzw. 2x2 ^rJSoll-*itü.cke) 2-iUadratzoll-Knüppel/werden in einer gleichen

V/eise v/ie beim zweiten Beispiel erzielt.

Diese Knüppel werden bei 1150°C biß zum Entstehen

^(bzw. 1,25 X 1)25 Zoll)

jeweils eines Stabs mit 1,25 Zoll (ca.3,JciiQ/warmgewalzt

109883/1123 ,..,,.,-Blatt 17-BAD ORIGINAL

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welcher dann bei 12ü0°0 re-austenisiert und sodann thez-mo-me chanisch behandelt ("ausrolled", zwiochenbehandelt, zv/ischensewalzt o.a. bei einer geeignet gesteuerten oder eingestellten Temperatur) wird, bis sict ein Stab von 0,625 Zoll (ca. 1,6 cm) Durchmesser ergibt, und dann in Del abgeschreckt·

Ein kleiner Anteil von Vanadium-Karbid verbleibt nach einer solchen austenisierenden Behandlung in der austenitischen Matrix, aber dies ist nicht von schädlicher Natur.

Ungetempertes und zwischengewalztes (in einer Zwischenstufe gev/alztes, "ausrolled¹¹) Material zeigt größere Härte als Material nach konventionellen Herstellungsmethoden, und zwar in der Größenordnung von 9% größer (818 gegenüber 892 HV, Vickerhärtegrade)_o

Die Temperaturcharakteristiken des "ausrolled" •(zwischenbehandelten, zwischenstufen-gewalzten) Materials unterscheiden sich beträchtlich von denjenigen. (des Materials nach) der warmgewalzten Methode darin₉ daß keine sekundäre Härtespitze vorhanden ist₉ aber die Anfangshärte von 892 Hv wird über den ganzen Temper«= temperaturbereich, von. 20 bis 575°G beibehalten, und sie liegt in der Größenordnung von 100 Hv höher als bei konventionell behandelten Stählen«,

Die Karbidverteilungsstniktur des "ausrollecL" · (zwisohengewalzten) und getemperten Materials ist als 250-fache Vergrößerung einer Mikrofotografie in Fig· 109883/1123. '■ "^W* ¹⁸~

BAD ORIGINAL

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gezeigt, wobei wiederum die Mikrofotografie erst nach

Ätzen der Probe aufgenommen ist.

-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-o-

Zum Vergleich, zwischen den drei verschiedenen beschriebenen Beispielen werden nun Härtewerte und Wechselbiegefestigkeitswerte bzw. -bruchwerte (Härte- und Dreh-Biegungs-Ermüdungsdauer-LimitTEigenschafteil), Versuch, bei 2 χ 10^ Zyklendauer (Lastwechselzahl), angegeben:

Beispiel I Spalte 1	"As-casi" (nach dem Gießen)	Ermüdungsdauer bzw.Lastweehsel- zahl (2x10' Zyklen) nach Tempern bei 575⁰O (Tonf/in²) Tonnen/Zoll^ _P (1016 kg/6_t4>ciO ,	+ 22	II Spalte 2	III Spalte 3
Bedingung ("Zustand")	796	warm gewalzt	"ausrolled" i (zwischen- ! gewalzt) i
Härte (Hv Vickers-Härte grade) nach Austenisierung bei".. 1200⁰O	790	818	892
Härte (Hv) nach Tempern bei 575^	784	890 J I i
+ 51	I + 58

Man sieht aus dieser Tabelle, daß die "getemperte"

Härte des "as-cast"-Rohres (Spalte Ί) so hoch ist wie

109883/1123 ,

die des warmgewalzten Rohrs (Spalte 2). Dies ist

BAD ORfQfNAL

-Blatt 19-

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aweifellos eine Folge der feinen und gleichmäßig verteilten "as-cas.t" (Nach-dem-Gießen-) Struktur, wie man sie bei den zentrifugalgegossenen Rohren entsprechend der Erfindung und wie vorgängig beschrieben findet.

Man kann aus-dieser Tabelle auch sehen, daß die "getemperte" Härte des "ausrolled" (zwischengewalzten) Materials (Spalte 3) größer ist als bei den beiden anderen, nämlich des "as-cast"- und des "warmgewalzten" Materials (Spalten -1 und 2).

Es ist interessant zu bemerken, daß die Ermüdungsdauer bruchgrenze von getemperten Strukturen um 4-1% erhöht wird, im Vergleiche mit "wie gegossen" ("asoast")-Rohr, das durch Warmwalzen behandelt isi^ und um 7W" im Vergleich mit durch thermä-mechanisches Walzen behandeltem Material·

-Blatt 20-

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Claims

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Patentansprüche

1. Verfahren für das Herstellen von Werkzeugstahl oder -legierung, dadurch gekennzeichnet, daß das ursprüngliche Material in einem Zentrifugal -Grießprozeß (Schleudergießen) se gegossen v/ird, daß ein gegossener rohrfÖrmiger Körper entsteht, der ein im Vergleich mit einem massiven Körper gleicher äußerer Abmessungen relativ großes (erhöhtes) Verhältnis von Oberfläche (z.B. in cm ) zu Volumen (z.B. in cm-⁵) besitzt, und der im Vergleich mit der Karbidphasenverteilung eines konventionell produzierten Barrens eine relativ feine bzw. feinere Karbidphasenverteilung hat.

2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrifugal-Gießprozeß ein Drehen ("spinning", Rotieren) des Materials um eine vertikale, eine geneigte oder eine horizontale Achse in einer - ganz oder teilweise - aus Metall und/oder aus Keramik wie z.B. feuerfestem Stein oder aus Graphit bestehenden Gießform (Kokille oder dgl.) umfaßt.

5_# Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennz eichnet, daß das erzeugte, erhärtete,· aber (noch) warme rohrförmige Gaustück einen Zyklus verzögerter Abkühlung unterworfen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklus verzögerter Kühlung

das Einbringea oder Eintauchen des rohrförmigen Guß- ■ 108883/1123

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stücks in eine wärmeisolierte bzw. isolierende Umgebung oder Umhüllung, beispielsweise in Blatt-Glimmer oder andere Materialien von geringer Wärmeleitfähigkeit, umfaßt,

.5· "Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußstück einer Wärmebehandlung unterworfen wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Gußstück einer mechanischen Behandlung wie beispielsweise Warmschmieden, Warmwalzen, und/oder Warmextrudieren unterworfen wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußstück thermo-mechanisch bearbeitet wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7» dadurch ge kennz e i ch*ne t, daß die thermomechanisch^ Behandlungstechnik diejenige ist, die als "ausforming" (Zwischenstufenbehandlung oder Zwischenstufenverformung) bekannt ist und. beispielsweise sogenanntes "ausrolling" ("ausextrusion", Zwischenstufenwalzen), '.und/oder "ausdrawing¹¹ (Zwischenstufenextrudieren (Zwischenstufenziehen ähnlich Drahtziehen) umfaßt.

9· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch. ge.kennze.ic h net, daß das Gußstück

in eine geformte Komponente oder Komponenten (ein oder 109883/1123

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mehrere Formstücke) so wie etwa Knüppel gebracht wird, bevor es der Waarmebehandlung und/oder der mechanischen Behandlung und/oder kombinierter Behandlung ausgesetzt wird ·

10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Behandlung des Gußstücks oder" der Knüppel nach dem Schleuder- oder Zentrifugal-Gießprozeß eine Technik eines kontinuierlichen Formens oder Verformens angewandt wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, 'daß die chemische Zusammensetzung (Legierung) aus 0,4$ bis 2,% Kohlenstoff, bis zu 2,0# Silizium, bis zu 4,0$ Mangan, 0-2% Wolfram, 0-1% Molybdän, 0-1 OgS Vanadium, 0-1% Kobalt, 0-1% Chrom, Rest Eisen und Verunreinigungen bestehtι und daß der Y/erkzeugstahl, zusätzlich zu Kohlenstoff^ mindestens drei der obengenannten Elemente enthält, von den eines ein karbidbildendes Element, nämlich Wolfram, Molybdän, Vanadium oder Chrom, ist, wobei jedes von ihnen mindestens 0,4% (Gewichtsprozente) ausmacht.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Legierung enthaltenen karbidbildenden Elemente Wolfram, Molybdän, Vanadium und/oder Chrom insgesamt mindestens % (Gewichtsprozente) ausmachen·

15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch g e k e η h -

zeich η et. daß die chemische Zusammensetzung: IUlOOd/ I I 4J

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des Produkts in Gewichtsprozenten ist: 0,8% Kohlenstoff, 4,0% Chrom, 4,0% Molybdän, 1,0% Vanadium, Rest Eisen und Verunreinigungen.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Zusammensetzung des Produkts in Gewichtsprozenten ist: 0,8% Kohlenstoff, 4,0% Chrom, 5,0% Molybdän, 2,0% Vanadium, 6,0% Wolfram, Rest Eisen und Verunreinigungen.

15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch g; e k e η η <■*■ ■

zeichnet, daß die chemische Zusammensetzung

in Gewichtsprozenten
des Produkts/ist:0,8% Kohlenstoff, 18% Wolfram, 4,0% Chrom, 1,0% Vanadium, Rest Eisen und Verunreinigungen.

16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Zusammensetzung

in Gewichtsprozenten
des Produkts/ist: 2,55% Kohlenstoff, 12,0% Chrom, 4,0% Vanadium, 1,0% Molybdän, Rest Eisen und Verunreinigungen.

17· Verfahren nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η z.eic-hnet, daß die chemische Zusammensetzung des Produkts in Gewichtsprozenten ist: 0,75% Kohlenstoff, 4,5% Chrom, 19,0% Wolfram, 10,0% Kobalt, 1,25% Vanadium,' 0,75% Molybdän, Rest eisen'und Verunreinigungen.

18. Verfahren nach Anspruch 11,.dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Zusammensetzung ■des Produkts in Gewichtsprozenten ist: 0,8% Kohlen-

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stoff, 0,56^ Silizium (Silicon), 0,29% Mangan, 4,09% Chrom, 4,0# Molybdän, 0,9% Vanadium, 0,014$ Schwefel, 0,016$ Phosphor, Rest Eisen und Verunreinigungen.

19· Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugstahls oder einer Legierung, im wesentlichen wie beschrieben.

20. Werkzeugstahl oder -legierung erzeugt nach einem oder mehreren Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Material eine relativ feine (feinere) Karbidverteilung hat, verglichen mit derjenigen, die in einem auf konventionelle V/eise hergestellten gegossenen Barren besteht.

21. Werkzeugstahl oder -legierung oder dgl. nach Anspruch 20, dadurch gekennz e Ichnet, daß er 'geeignet ist, eine 9-prozentige Erhöhung der Härte zusammen mit einer 25-prozentigen Erhöhung der Ermüdungsfestigkeitsgrenze (z.B. Dauerbruchfestigkeit) nach thermo-mecha-

2u en
nischer Behandlung/besitz/"^ verglichen mit konventionell"

produzierten Werkzeugstahlen_β

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